中國(guó)冶金報(bào)社
記者 李倩 劉加軍 王志 報(bào)道
記者 王志 攝影
1月21日，正是北方傳統(tǒng)小年節(jié)日的前一天。位于北京未來科學(xué)城的鞍鋼集團(tuán)北京研究院的實(shí)驗(yàn)室里卻“熱辣滾燙”，科研人員忙著對(duì)一項(xiàng)取向硅鋼技術(shù)進(jìn)行再提升、再發(fā)展。
圖為鞍鋼集團(tuán)北京研究院職工通過EBSD觀察硅鋼樣品的微觀織構(gòu)
“大家都知道，取向硅鋼被稱為鋼鐵工業(yè)‘皇冠上的明珠’，生產(chǎn)難度特別大。鞍鋼的取向硅鋼專家們經(jīng)過十幾年的研發(fā)，發(fā)展了取向硅鋼二次再結(jié)晶形成機(jī)制并首次提出了抑制力近恒量控制技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)就像一把鑰匙，打開了通向高端取向硅鋼的大門。”鞍鋼集團(tuán)北京研究院鋼鐵研究院分院黨支部書記、博士，硅鋼團(tuán)隊(duì)主要負(fù)責(zé)人劉旭明向《中國(guó)冶金報(bào)》記者介紹說。
據(jù)介紹，取向硅鋼是變壓器里的核心制造材料，其制造工藝復(fù)雜，技術(shù)含量高。隨著國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的落實(shí)，電力工業(yè)節(jié)能降碳的需求越來越迫切，更薄規(guī)格、更低鐵損和更高磁感的取向硅鋼備受推崇。
那么，如何提升取向硅鋼的性能？讓取向硅鋼呈現(xiàn)出高磁感、低鐵損的機(jī)理是什么？目前，全世界硅鋼領(lǐng)域尚未有完全統(tǒng)一的理論概括和發(fā)現(xiàn)。那么，鞍鋼的“硬核”鑰匙是如何產(chǎn)生的？
圖為劉旭明向《中國(guó)冶金報(bào)》記者展示圍繞抑制力近恒量控制技術(shù)發(fā)表的論文
為生產(chǎn)出更高端的取向硅鋼，在鞍鋼集團(tuán)取向硅鋼團(tuán)隊(duì)幾代人心血的基礎(chǔ)上，汲取這些專家傳授和總結(jié)的一次次經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，鞍鋼集團(tuán)北京研究院的劉旭明及團(tuán)隊(duì)開展了大量實(shí)驗(yàn)和基地跟蹤服務(wù)。
“我們研究發(fā)現(xiàn)，在取向硅鋼生產(chǎn)中，有一種晶粒起到很好的作用，那就是Goss（高斯）晶粒。”劉旭明說，我們希望具有Goss織構(gòu)這樣的晶粒組織越多越好、軋向偏離角越小越好。這樣生產(chǎn)的取向硅鋼質(zhì)量越高。
圖為劉旭明（右一）向《中國(guó)冶金報(bào)》記者講述高端硅鋼研發(fā)故事
那么如何得到更多的Goss織構(gòu)呢？如何讓軋向偏離角更小呢？
“經(jīng)過對(duì)Goss織構(gòu)的遺傳規(guī)律和生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)行研究，我們首次提出了Goss織構(gòu)異常長(zhǎng)大機(jī)制，是選擇生成、定向遺傳、擇優(yōu)長(zhǎng)大的結(jié)果。在這個(gè)過程中，我們發(fā)現(xiàn)抑制力、晶界能、表面能就像接力賽跑的運(yùn)動(dòng)員一樣，在高溫退火初期、中期和末期分別起到了不同的作用。在此理論指導(dǎo)下，需要對(duì)熱加工、冷加工及追加抑制劑等全過程進(jìn)行精準(zhǔn)控制，目的是為Goss織構(gòu)的生長(zhǎng)提供擇優(yōu)環(huán)境。”劉旭明表示，這就是鞍鋼首創(chuàng)的取向硅鋼抑制力近恒量控制技術(shù)體系。
掌握了這一理論體系和技術(shù)密碼后，生產(chǎn)的難點(diǎn)很快得以攻克，鞍鋼相繼開發(fā)出了不同厚度規(guī)格的低溫滲氮取向硅鋼技術(shù)及產(chǎn)品。
2024年7月9日，鞍鋼完成了0.20毫米和0.18毫米薄規(guī)格高磁感取向硅鋼的全流程工業(yè)試驗(yàn)。
回憶起這段往事，劉旭明興奮不已。他說，鞍鋼北京研究院發(fā)揮產(chǎn)學(xué)研優(yōu)勢(shì)和人才飛地優(yōu)勢(shì)。為攻克技術(shù)難點(diǎn)，他們和鞍鋼股份硅鋼事業(yè)部的專家和同事們?nèi)堂芮懈欎摼淼纳a(chǎn)工藝，嚴(yán)格把控每一道工序，常常往返于北京和鞍山兩地，一個(gè)月有一半時(shí)間在鞍山，一半時(shí)間在北京，已記不清經(jīng)歷了多少晝夜顛倒的日子，但是在試制成功的那一刻，感到一切都是值得的。
目前，鞍山鋼鐵應(yīng)用這一技術(shù)生產(chǎn)的取向硅鋼產(chǎn)品主要供應(yīng)山東泰開、河北高晶、天津珠峰、廣東敞開等知名變壓器制造企業(yè)，用于制作變壓器鐵芯。
采訪當(dāng)天，《中國(guó)冶金報(bào)》記者看到實(shí)驗(yàn)人員正在用國(guó)內(nèi)一流的透射電鏡設(shè)備，對(duì)取向硅鋼的微觀形貌、晶粒結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察和分析。顯示屏上，樣品的微觀組織像一款高端布料，紋理清晰，布局規(guī)整。上面密密麻麻的點(diǎn)狀物排列十分整齊。“這是取向硅鋼的原子點(diǎn)陣，我們通過對(duì)取向硅鋼微觀狀態(tài)下的觀察，更加了解其屬性和狀態(tài)。同時(shí)，我們通過對(duì)抑制劑的形貌、分布、尺寸的觀察研究也可更好發(fā)揮它的能力。”劉旭明介紹。
圖為劉旭明（右一）在透射電鏡前向《中國(guó)冶金報(bào)》記者介紹取向硅鋼樣品的微觀結(jié)構(gòu)和氮化鋁抑制劑的分布形態(tài)。
劉旭明告訴《中國(guó)冶金報(bào)》記者，目前他們正在對(duì)生產(chǎn)出的取向硅鋼樣品進(jìn)行再研究、再提升。2025年，他們計(jì)劃向生產(chǎn)更高難度的取向硅鋼沖刺。
創(chuàng)新成就未來。“沿著創(chuàng)新這條道路，鞍鋼集團(tuán)北京研究院必將為新鞍鋼的高質(zhì)量發(fā)展注入更多活力。”劉旭明對(duì)未來充滿信心。據(jù)悉，該技術(shù)已成功實(shí)現(xiàn)科技成果轉(zhuǎn)化，助力鞍山鋼鐵成功量產(chǎn)10000噸23AG095牌號(hào)硅鋼，并通過國(guó)家電網(wǎng)第三方認(rèn)證，是鞍鋼集團(tuán)北京研究院聚焦新質(zhì)生產(chǎn)力的典型代表。
